रोबोटिक्स
‘चिपचिपा धातु’ रोबोटिक्स, ऊर्जा भंडारण और जैव प्रौद्योगिकी समाधानों में व्यापक अनुप्रयोग हो सकता है
सॉफ्ट रोबोटिक्स के लिए चिपचिपा धातु
रोबोटिक्स में विकास के लिए एक समस्या यह है कि वास्तविक दुनिया के साथ निपटने में सक्षम रोबोट और प्रणालियों का विकास करना। यह अक्सर लचीलापन और “नरम” भागों की आवश्यकता होती है, केवल यांत्रिक निर्माण के बजाय।
विभिन्न दृष्टिकोणों के साथ प्रयोग किया जा रहा है। विशेष रूप से, हमने पहले एक पर रिपोर्ट की थी: सoft रोबोटिक्स बनाने के लिए नए चुंबकीय सामग्री का निर्माण, जिस पर हमने अपने लेख “मैग्नेटिक जेल कैप्सूल रोबोटिक्स और चिकित्सा दोनों में प्रगति कर सकते हैं” में विस्तार से चर्चा की थी।
हालांकि, एक और दृष्टिकोण धातु और नरम भागों को एक साथ बांधना होगा। यह ऐतिहासिक रूप से कठिन रहा है, मुख्य समस्या धातु-जैविक जोड़ है।
यह समस्या मैरीलैंड विश्वविद्यालय, संयुक्त राज्य अमेरिका में कार्यरत शोधकर्ता वेनहाओ शू, फाराज़ ए बुरनी और श्रीनिवास आर राघवन द्वारा हल की जा सकती है। उन्होंने एक प्रकार की “चिपचिपा धातु” विकसित की है जो अधिकांश नरम सामग्री जैसे हाइड्रोजेल, मांसपेशियों और पौधों के साथ मजबूत और टिकाऊ जोड़ बना सकती है।
चिपचिपा धातु कैसे काम करता है
यह खोज एक नए सिद्धांत पर निर्भर करती है जिसे शोधकर्ताओं ने हार्ड-सॉफ्ट इलेक्ट्रोडहेसन (ईए) कहा है।
वे अभी भी यह पूरी तरह से समझाने की कोशिश कर रहे हैं कि यह कैसे काम करता है, लेकिन यहाँ उन्हें जो पता है:
केवल कुछ धातुएं ईए गुणों को प्रदर्शित करती हैं
सभी धातुएं ईए के लिए उपयोग नहीं की जा सकती हैं। धातुएं जो सकारात्मक कमी की क्षमता रखती हैं, जबकि जो नहीं करती हैं उनमें नकारात्मक कमी की क्षमता होती है।
जो धातुएं चिपकती नहीं हैं वे वे हैं जो पहले एनोड पर ऑक्सीकृत हो जाती हैं। यह धातु का ऑक्सीकरण (विद्युत अपक्षय) किसी भी प्रतिस्पर्धी प्रक्रिया पर हावी हो जाता है, जो बताता है कि कोई चिपकने वाला नहीं है।
इसके विपरीत, जो धातुएं चिपकती हैं वे अपेक्षाकृत निष्क्रिय होती हैं, जिससे जेल नेटवर्क की पॉलीमर श्रृंखलाएं पहले एनोड पर ऑक्सीकृत हो जाती हैं।
यह सामान्य धातुओं जैसे टाइटेनियम, जस्ता, लोहे और निकल को बाहर कर देता है, और यह बता सकता है कि ईए की खोज अब तक क्यों नहीं हुई है। हालांकि, इसमें टिन, सीसा, तांबा और ग्रेफाइट (जो एक धातु नहीं है, बल्कि शुद्ध कार्बन है) जैसी सामान्य और सस्ती धातुएं शामिल हैं। इसलिए, जबकि यह एक सीमा हो सकती है, यह रोबोटिक अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए एक सौदा तोड़ने वाला नहीं होना चाहिए।
यह कैसे काम करता है?
ईए तब बनता है जब धातु में एक करंट लगाया जाता है।
सिद्धांत यह है कि नरम सामग्री (जेल या अन्य) का ऑक्सीकरण धातु और पॉलीमर श्रृंखलाओं के बीच रासायनिक बंधन बनाता है। ये रासायनिक बंधन धातु और नरम सामग्री के बीच एक मजबूत जोड़ बनाते हैं, जिससे मजबूत चिपकने वाला प्रभाव पैदा होता है।
इस प्रक्रिया को आसानी से एक विपरीत करंट के साथ उलटा किया जा सकता है। यह रेड्यूसिंग रासायनिक स्थितियां बनाता है, जो रासायनिक बंधन को “घोलता” है और चिपकने वाला प्रभाव को रद्द कर देता है।
यह सिद्धांत उन प्रयोगों से मजबूत होता है जिन्होंने दिखाया कि हाइड्रोजेल पर होने वाला कोई भी परिवर्तन केवल धातु के संपर्क की सतह पर होता है।
यह भी लगता है कि रासायनिक बंधन की सटीक प्रकृति और विशेषताएं धातु और नरम सामग्री के संबंधित रसायनों पर निर्भर करेंगी।
चिपचिपा धातु क्या चिपक सकता है?
प्रकाशित वैज्ञानिक पत्र मुख्य रूप से विभिन्न प्रकार के हाइड्रोजेल के साथ चिपकने पर केंद्रित है, क्योंकि वे प्रयोग करने और संशोधित करने के लिए एक अच्छी सामग्री बनाते हैं।
हालांकि, सिद्धांतों को अन्य सामग्रियों पर भी लागू किया जा सकता है, जिनमें जानवरों की मांसपेशियां या यहां तक कि टमाटर भी शामिल हैं। कुल मिलाकर, नरम सामग्री के लिए एकमात्र आवश्यकता यह है कि यह एक आयनिक कंडक्टर होना चाहिए, जो लगभग सभी जैविक ऊतकों के लिए मामला है।
समान रूप से, ईए पानी के नीचे भी हो सकता है, जहां चिपकने वाला एक बहुत ही कठिन चीज हो सकती है।
चिपचिपा धातु के संभावित अनुप्रयोग
रोबोटिक्स पकड़ना
ईए का पहला और सबसे तुरंत अनुप्रयोग बेहतर ग्रिपर विकसित करने के लिए हो सकता है। रोबोटों के लिए चीजों को सही से पकड़ना बिना उन्हें गिराए या उन्हें पुलप में कुचले बिना एक लगातार समस्या रही है।
ईए के लिए रोबोट को उंगलियों, हाथों, जोड़ों, या अन्य जटिल और विशिष्ट आकार की आवश्यकता नहीं होती है। इसलिए, यह वर्तमान में उपयोग की जाने वाली विधियों के लिए सस्ते, अधिक कुशल और सुरक्षित विकल्प खोल सकता है।
स्रोत: कोर्टेवा
बैटरी
कुशल और आसानी से निर्मित बैटरी ईवी और ऊर्जा मिश्रण में नवीकरणीय ऊर्जा की वृद्धि से मांग में हैं। अधिकांश बैटरी दो कठोर धातु (या ग्रेफाइट) के सॉलिड एनोड और कैथोड को एक आयनिक कंडक्टर इलेक्ट्रोलाइट के साथ जोड़ती हैं।
अक्सर, इलेक्ट्रोलाइट एक जेल होता है जो एक आयनिक कंडक्टर में घुल जाता है।
इसलिए, मैरीलैंड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने यह परीक्षण किया कि क्या वे ईए का उपयोग एक नए प्रकार की बैटरी बनाने के लिए कर सकते हैं।
उन्होंने इलेक्ट्रोड के रूप में तांबा और जस्ता का उपयोग किया और 0.9V बैटरी बनाने में सफल रहे।
यह केवल एक प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट था जो बैटरी विशेषज्ञों द्वारा नहीं किया गया था। हालांकि, वे सोचते हैं कि लचीली और रिचार्जेबल बैटरी ईए के समान सिद्धांतों का उपयोग करके बनाई जा सकती हैं। और यह बैटरी निर्माण के लिए एक नए तरीके का मार्ग प्रशस्त कर सकता है।
सॉफ्ट रोबोटिक्स
जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, रोबोटिक इंजीनियरों ने लंबे समय से रोबोट को हार्ड और सॉफ्ट घटकों के मिश्रण का सपना देखा है, जैसे कि जानवरों में हार्ड हड्डियां और नरम मांसपेशियां और ऊतक होते हैं।
एक मूलभूत परीक्षण यह दिखाने के लिए किया गया था कि ईए का उपयोग इस उद्देश्य के लिए कैसे किया जा सकता है। इसके लिए, हार्ड घटकों (ग्रेफाइट प्लेट) और नरम घटकों (हाइड्रोजेल) का मिश्रण एक “लोड-वाहक हार्ड-सॉफ्ट संरचना” बनाने के लिए उपयोग किया गया था।
भार बढ़ाने के साथ, संरचना पहले इसका समर्थन किया और फिर मुड़ने लगी। जब यह भार हटा दिया गया, तो जेल के स्तंभ अपनी मूल स्थिति में वापस आ गए, और इसलिए ऊपरी स्लैब ऊपर की ओर बढ़ गया।
केवल हार्ड तत्व ही संपीड़ित या विकृत नहीं होंगे, जबकि केवल नरम तत्व कुचले जा सकते हैं। हालांकि, संयोजन लचीले ढंग से बिना किसी नुकसान के भार को सहन कर सकता है।
इस प्रकार की प्रणाली का उपयोग एक्ट्यूएटर और रोबोट बनाने के लिए किया जा सकता है जो अपने वातावरण के साथ एक सूक्ष्म तरीके से बातचीत कर सकते हैं।
पानी के नीचे का चिपचिपा
पानी से भरे वातावरण में या पानी के नीचे कुछ भी चिपकाना एक तकनीकी चुनौती हो सकती है। चिपकने वाले बंधन अक्सर आसपास के पानी के अणुओं से प्रभावित होते हैं और अधिकांश मामलों में आवश्यकता से कमजोर होते हैं।
यहाँ, चिपकने वाला एक इलेक्ट्रोकेमिकल घटना है जो केवल तभी चालू होती है जब जेल और धातु को एक करंट के तहत संपर्क में लाया जाता है। चूंकि ईए वास्तविक रासायनिक लिगेशन पर निर्भर करता है, यह आसपास के पानी से प्रभावित नहीं होता है।
प्रोस्थेटिक्स और इम्प्लांट
चिपचिपा धातु का एक और संभावित उपयोग जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों में है। धातु की मानव शरीर के साथ संगतता हमेशा धातु के इम्प्लांट का उपयोग करने में एक मुद्दा रहा है। नरम ऊतकों को नुकसान पहुंचाए बिना उन्हें धातु से जोड़ना एक कठिन प्रक्रिया है।
यदि प्रोस्थेटिक्स या इम्प्लांट जैसे कि अंग प्रतिस्थापन नरम ऊतकों से चिपक सकते हैं, तो वे अधिक कार्यात्मक और व्यावहारिक हो सकते हैं। यह रोगियों के जीवन की गुणवत्ता में भी काफी सुधार कर सकता है।
और चूंकि प्रक्रिया एक इलेक्ट्रिक करंट को प्रेरित करके आसानी से उलटी हो जाती है, चिपचिपे इम्प्लांट को बदलना या हटाना भी आसान होना चाहिए।
चिपचिपा धातु के साथ उन्नत अनुप्रयोग
हार्ड-सॉफ्ट इलेक्ट्रोडहेसन या ईए एक उल्लेखनीय खोज है जिसके कई संभावित अनुप्रयोग हैं।
न केवल यह लगभग सभी आयनिक जेल और जैविक ऊतकों (लगभग सभी चीजों में जो पानी और नमक युक्त हैं) के साथ काम करता है, बल्कि यह सस्ती आधार धातुओं जैसे टिन, तांबा और यहां तक कि ग्रेफाइट के साथ भी काम कर सकता है। इन कम लागत वाली सामग्रियों के लिए धन्यवाद, किसी भी औद्योगिक अनुप्रयोग को लागत प्रतिस्पर्धी होने का मौका मिल सकता है।
यह रोबोटिक्स के क्षेत्र को पूरी तरह से बदल सकता है, जो बेहतर ग्रिपर से शुरू होता है, विशेष रूप से मांस, फल और सब्जियां जैसे खाद्य उत्पादों के लिए। फिर, यह सच्चे सॉफ्ट रोबोट बनाने की अनुमति देगा जो हार्ड और सॉफ्ट/लचीले भागों को मिलाते हैं।
यह प्रोस्थेटिक्स और इम्प्लांट के लिए शरीर से जुड़ने के लिंक को भी आसान बना सकता है, जो हमें वास्तविक साइबरनेटिक प्रौद्योगिकी के करीब ले जा सकता है।
अंत में, यह रोबोटिक्स और प्रोस्थेटिक्स से परे अनुप्रयोग हो सकता है, संभावित रूप से नए प्रकार की बैटरी और पानी के नीचे और उलटी चिपचिपी बनाने की क्षमता प्रदान करता है।
